Descoberta l'estructura de l'emissió de ràdio d'un sistema format per un púlsar i una estrella massiva

Imatges obtingudes un i vint-i-un dies després del periastre del púlsar PSR B1259-63 al voltant de l’estrella massiva LS 2883 amb l’interferòmetre ràdio LBA. La gradació de color representa la densitat de radiació detectada. L’el·lipse petita, en color verd, és la projecció de l’òrbita del sistema binari i la línia negra mostra el model de la trajectòria que segueixen les partícules que emeten la radiació de sincrotró.
Imatges obtingudes un i vint-i-un dies després del periastre del púlsar PSR B1259-63 al voltant de l’estrella massiva LS 2883 amb l’interferòmetre ràdio LBA. La gradació de color representa la densitat de radiació detectada. L’el·lipse petita, en color verd, és la projecció de l’òrbita del sistema binari i la línia negra mostra el model de la trajectòria que segueixen les partícules que emeten la radiació de sincrotró.
Recerca
(29/04/2011)

En un treball liderat per investigadors de la UB sʼha determinat per primer cop la morfologia dʼuna font de ràdio estesa provinent dʼun sistema binari format per un púlsar i una estrella massiva. En un nombre reduït dʼaquests sistemes, la forta interacció dels vents estel·lars produeix una emissió gamma dʼalta energia, fins a deu mil milions de vegades més energètica que la llum visible. Els resultats, publicats a la revista Astrophysical Journal Letters, mostren per primera vegada lʼefecte del xoc de vents estel·lars i consoliden els models teòrics existents sobre les emissions de radiació produïdes per aquest tipus de sistemes binaris dʼaltes energies, coneguts com a estrelles binàries de raigs gamma.

Imatges obtingudes un i vint-i-un dies després del periastre del púlsar PSR B1259-63 al voltant de l’estrella massiva LS 2883 amb l’interferòmetre ràdio LBA. La gradació de color representa la densitat de radiació detectada. L’el·lipse petita, en color verd, és la projecció de l’òrbita del sistema binari i la línia negra mostra el model de la trajectòria que segueixen les partícules que emeten la radiació de sincrotró.
Imatges obtingudes un i vint-i-un dies després del periastre del púlsar PSR B1259-63 al voltant de l’estrella massiva LS 2883 amb l’interferòmetre ràdio LBA. La gradació de color representa la densitat de radiació detectada. L’el·lipse petita, en color verd, és la projecció de l’òrbita del sistema binari i la línia negra mostra el model de la trajectòria que segueixen les partícules que emeten la radiació de sincrotró.
Recerca
29/04/2011

En un treball liderat per investigadors de la UB sʼha determinat per primer cop la morfologia dʼuna font de ràdio estesa provinent dʼun sistema binari format per un púlsar i una estrella massiva. En un nombre reduït dʼaquests sistemes, la forta interacció dels vents estel·lars produeix una emissió gamma dʼalta energia, fins a deu mil milions de vegades més energètica que la llum visible. Els resultats, publicats a la revista Astrophysical Journal Letters, mostren per primera vegada lʼefecte del xoc de vents estel·lars i consoliden els models teòrics existents sobre les emissions de radiació produïdes per aquest tipus de sistemes binaris dʼaltes energies, coneguts com a estrelles binàries de raigs gamma.

En el treball, que han dut a terme els professors Javier Moldón, Marc Ribó i Josep Maria Paredes, del Departament dʼAstronomia i Meteorologia (UB) i de lʼInstitut de Ciències del Cosmos (UB), així com els investigadors Simon Johnston, de lʼAustralia Telescope National Facility (Austràlia) i Adam Deller, de National Radio Astronomy Observatory (EUA), sʼha estudiat lʼúnic sistema binari de raigs gamma que se sap que està format per un púlsar —és a dir, una estrella de neutrons, dʼuns deu quilòmetres de radi, que gira sobre ella mateixa a gran velocitat—, conegut com a PSR B1259-63,  i una estrella massiva, la LS 2883, amb 30 vegades més massa que el Sol.

 
Tal com expliquen els investigadors de la UB, és el primer cop que sʼha pogut observar, en diferents posicions de lʼòrbita, la morfologia de la font de ràdio dʼun sistema binari de raigs gamma amb un púlsar amb propietats conegudes. Pels resultats obtinguts sabem que lʼemissió forma una espècie de cua cometària que es desplaça a mesura que el púlsar recorre la seva òrbita. Així mateix, sʼha pogut comprovar que lʼemissió de ràdio és fins a deu vegades més gran que lʼòrbita del sistema binari.
 
Lʼemissió de ràdio es produeix quan el sistema binari es troba al periastre —que és el punt més proper entre els dos objectes—, cosa que passa un cop cada 3,4 anys. Sʼha pogut constatar, així mateix, que lʼemissió de ràdio és deguda a la radiació de sincrotró produïda per electrons que sʼescapen del sistema binari a velocitats relativistes de fins a 100.000 quilòmetres per segon. Això ha permès delimitar-ne la magnetització, un factor essencial per entendre els vents relativistes emesos pels púlsars.
 
El sistema binari PSR B1259-63/LS 2883 està situat a una distància de 7.500 anys llum, en la direcció de la constel·lació del Centaure. Lʼòrbita del púlsar és catorze vegades més gran que la de la Terra al voltant del Sol, però a causa de la seva gran excentricitat, durant el periastre el púlsar sʼapropa a només 0,9 unitats astronòmiques (UA), que és la distància de la Terra al Sol. A aquestes distàncies el fort vent de lʼestrella massiva, amb una velocitat de més de 1.000 quilòmetres per segon, col·lisiona amb el vent del púlsar, que és menys dens però viatja a 100.000 quilòmetres per segon. Aquest xoc de vents accelera les partícules que produeixen emissions de ràdio al llarg de tot lʼespectre electromagnètic, mitjançant lʼemissió de sincrotró i lʼefecte Compton invers. Les noves observacions de ràdio mostren directament la radiació de la cua de partícules accelerades amb el xoc, que ocupen una regió de 120 UA. Dʼaquí sʼha pogut inferir en quines condicions es produeix lʼacceleració de partícules a la regió de xoc.
 
Les observacions del sistema binari PSR B1259-63/LS 2883 es van dur a terme mitjançant la xarxa australiana dʼantenes de ràdio Long Baseline Array (LBA), formada per cinc antenes separades per distàncies de fins a 1.500 quilòmetres. Aquesta xarxa va permetre explorar, mitjançant tècniques dʼinterferometria, escales espacials de lʼordre de 0,02 segons dʼarc, una resolució sense precedents en les observacions dʼaquest sistema binari. Des de la Terra, es podrien distingir, per exemple,  fins a 40 metres de la superfície de la Lluna.
Referència de lʼarticle:
J. Moldon, S. Johnston, M. Ribó, J. M. Paredes, A.T. Deller. «Discovery of extended and variable radio structure from the gamma-ray binary system PSR B1259-63/LS 2883». Astrophysical Journal Letters (2011). Doi: 10.1088/2041-8205/732/1/L10.